LED-Tower mit 140 Neopixel-LED
Planung
Von der Entwicklung des Schaltungsaufbaus bis zum entgültigen Platinenlayout verging viel Zeit...
Aufbau
Nach der Bestellung aller Bauteile und der Her-stellung der Platine verlief der Aufbau und die Installation relativ einfach und zügig.
Funktionstest
Die Neopixel-LED leuchten so hell, dass die Kamera oft überblendet wurde.
Besonders gut funktioniert die Signalverstärkung des Mikros.
Mikrofon-Vorverstärker aufbauen:
Mit dem LM 386 lässt sich relativ einfach ein einfacher Mikrofonvorverstärker aufbauen. Mit nur wenigen Bauteilen lässt sich die Schaltung, an die für dieses Projekt gewünschten Parameter, anpassen:
Der LM 386 kostet ca. 30 Cent und beinhaltet eigentlich einen komplett fertig aufgebauten Audioverstärker, der für diese Zwecke absolut ausreicht.
Der Vorverstärker soll auch durch eine Klinke-Buchse angesteuert werden können. So lassen sich Musiksignale vom Handy direkt per Kabel in die Schaltung einspeisen. Über den Schalter S1 wird das Eingangssignal gewechselt, sodass auch das Mikrofon als Signalquelle dienen kann. Vor Pin 3 des LM 386 wurde ein CR-Glied auf-gebaut.Es besteht aus einem 100nF Kondensator und einem 100k Widerstand und dient als passiver Hochpass. Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz von 15,9 Hz werden abgesenkt.
Um den Verstärkungsfaktor hoch zu wählen, wird zwischen Pin 1 und Pin 8 ein 10uF Elko geschaltet. Die Verstärkung liegt nun bei ca. 200x. Lässt man diesen weg, beträgt sie nur 20x.
Am Ausgang des Verstärkers sitzt ein Kondensator (C5) mit 1uF. Dieser glättet das Ausgangssignal.
Da der Analogeingang des Arduinos zu viele Störsignal durch die Schaltung erhielt , musste die Schaltung mit weiteren Bauteilen erweitert werden.
Ein Problem war die Einkopplung von vielen Störspannungen im HF-Bereich. Dadurch flimmerten einige der Neopixel-LED ständig, obwohl kein Audiosignal eingespeist wurde. C8 verhindert dieses Flimmern, setzt aber auch die Empfindlichkeit der Schaltung herab. Ich habe ihn in meiner aufgebauten Schaltung mit einem Schalter versehen....Nun kann ich die Empfindlichkeit durch den Schalter hoch oder niedrig schalten. Natürlich tritt dann auch wieder das FLimmern auf. Allerdings konnte ich dies durch C7 noch etwas verringern.
Das Poti P1 stellt den "Nullpunkt" der LED-Stripes ein. Durch P1 kann eingestellt werden ab welcher LED das VU-Meter aufleuchten soll.
C8 glättet die Spannungsversorgung der ganzen Schaltung und verhindert ebenfalls, dass die Schaltung anfängt zu schwingen.
Empfindlichkeit verbessern
Der Verstärkungsfaktor erfolgt über den Kondensator C3 und ist nicht zu verstellen. Auch wurde am Spannungsteiler am Kondensatormikrofon ein Festwiderstand eingebaut, wodurch die Empfindlichkeit der Schaltung lediglich über die Arduino-Programmierung einzustellen wäre. (Ist jedoch nicht erforderlich)
Zusätzlich (nicht auf dem Schaltplan dargestellt) lässt sich Kondensator C8 über einen Kippschalter hinzuschalten. Dies glättet Störsignale die in die Schaltung eingekoppelt werden. Allerdings verliert die Schaltung dadurch auch an Empfindlichkeit und der max. Ausschlag an der LED-Leiste wird kleiner.
Um das Einkoppeln von Störsignale etwas geringer zu halten, lässt sich ja die Musik auch über die Klinke-Buchse in die Schaltung einspeisen :) Dazu habe ich mir einen Y- 3,5 Klinke Stecker gekauft. Eine Buchse führt zum Handy/mp3 Player o.ä. und die andere Buchse führt zur Stereo-Anlage. Der Stecker kommt dann in den LED-Tower....siehe Foto
Die Spannungsversorgung
Für den LED-Tower habe ich zwei Neopixel-LED-Stripes mit jeweils 70 Neopixel parallel geschaltet.
Der Arduino kann pro Pin ca. 30-40mA liefern.(ansonsten sinkt die High-Spannung deutlich unter 5V)
Eine einzelne Neopixel LED benötigt pro Farbe 20mA....macht bei drei Farben und max. Leuchtstärke 60mA. Bei 140 LED wären dies 8,4 Ampere!! Das ist unmöglich für die Stromversorgung des Arduino zu schaffen.
Aus diesem Grund benötigt die Schaltung eine externe Spannungsversorgung mit einem passendem Netzteil. Ich habe für 12 Euro ein 5V, 10A Netzteil gekauft und es funktioniert hervorragend. Der Anschluss des Netzteils mit dem Arduino und den Neopixel ist sehr einfach:
Mit dem Kondensator C9 (470uF) lässt sich ohne viel Aufwand die Betriebsspannung von 5V an den Arduino anlegen (einfach an die Pins GND unf +5V anschließen) und an die Neopixel anlegen. SIEHE Schaltplan
Programmierung des Arduino
Für die Programmierung des Arduino müssen zunächst zwei Bibliotheken heruntergeladen werden und in die Arduino Befehlsumgebung eingefügt werden.
Benötigt werden:
Adafruit_NeoPixel.h
FastLED.h
Beim Download der ZIP-Datei erscheint beim Speichern der Name der Datei mit dem Zusatz "Master", so wie hier: "Adafruit_NeoPixel-master"
Beim Speichern sollte ggf. das "-master" entfernt werden, damit beim Einbinden der Bibliothek diese h.Datei auch von der Arduio IDE erkannt wird. Das gleiche gilt natürlich auch für die FastLED.h Datei.
Der Original-Code ist in der Beschreibung dieses Videos als Download verfügbar:
Cine-Lights: https://www.youtube.com/watch?v=mK9VdvVI_4s
Aufbau der Platine
Nach dem Ätzen und Bohren der Platine werden alle Bauteile auf die Platine an-gelötet. Der Arduino wird an die Spannungsversorgung des Netzteils an-geschlossen und findet seinen Platz in der Mitte der Platine. Zur Befestigung des Arduinos habe ich einfach etwas Heißkleber verwendet. Alle Anschlüsse und Schalter lassen sich durch das offene Gehäuse leicht erreichen. Auch der Resetknopf des Arduino lässt sich so bei Bedarf noch betätigen.
Aufbau der Towers
Die einzelnen Acrylglasplatten (5mm Stärke) habe ich mir zusägen lassen. Die Dicke der Acrylglasplatten musste 5mm betragen, da die Neopixel-LED ebenfalls ein Maß von 5x5mm haben. Da die Platten aufgrund der Radien mit einem Lasercutter geschnitten wurden, wurden die Platten mit einer glatten und spiegelnden Kante geliefert. Um die Leuchtkraft der Neopixel zu erhöhen wurden die Kanten alle mit 180er Schleifpapier angeschliffen.
Die untere Abbildung zeigt meine Bestellung bei einem Online-Händler. Die Platten waren das teuerste an dem Projekt...
Durch alle Platten wurde eine Bohrung durchgeführt. Hier werden alle Platten später durch eine 8mm Gewindestange festgehalten. Zwischen die Platten wird jeweils ein Abstandsring gelegt, damit die Abstände der Neopixel auf dem Strip eingehalten werden können. (zB. Plastikringe oder UNterlegscheiben für Muttern) Hier sollte man genau gucken, wie weit die einzelnen Neopixel-LED auf dem Streifen entfernt sind, damit die LED genau die Kanten der Acrylglasplatte beleuchten.
Dort wo die beiden Neopixel-Stripes an die Acrylglasplatten stoßen, habe ich eine passgenaue Nut gefräst. Eine weitere Nut dient einer späteren Acrylglasplatte zur Abdeckung und Sicherung der Neopixel-Stripes. Diese wird einfach mit etwas Acrylkleber eingeklebt.
Das Gehäuse der Schaltung ist aus zwei Alu-Dibond-Platten hergestellt. Diese werden mit einfachen Messingbolzen auseinander gehalten und sind mit Senkkopfschrauben in den Alu-Dibond-Platten befestigt.
